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    水泥行業(yè)是我國重要的基礎(chǔ)原材料產(chǎn)業(yè)，水泥廣泛應(yīng)用于土木建筑、水利工程等領(lǐng)域，在改善民生、推動國家經(jīng)濟建設(shè)方面發(fā)揮了重要作用。我國是全球最大的水泥生產(chǎn)和消費國，連續(xù)十余年保持世界首位。據(jù)統(tǒng)計，2023年全國水泥產(chǎn)量達到20.23億噸，占全球總產(chǎn)量的49.68%。

    水泥生產(chǎn)消耗大量的煤炭、電力及石灰石原材料，是我國能源消耗和碳排放量較高的工業(yè)之一，也是建材行業(yè)中碳排放量最大的行業(yè)。2020年，我國建材行業(yè)二氧化碳排放總量為14.8億噸，其中水泥行業(yè)的直接二氧化碳排放量為12.3億噸，占建材行業(yè)總碳排放的83.11%，占全國碳排放總量的12.4%。

水泥行業(yè)CCUS發(fā)展前景

    二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）作為一項能夠?qū)崿F(xiàn)二氧化碳深度減排并資源化利用的關(guān)鍵技術(shù)，在全球范圍內(nèi)備受關(guān)注。鑒于我國能源結(jié)構(gòu)以高碳為主，工業(yè)制造碳排放量較大，大力推動減污減碳和末端固碳的CCUS技術(shù)，將為我國生態(tài)文明建設(shè)以及實現(xiàn)碳達峰碳中和目標提供有力支撐。

    水泥燒成碳排放量大，CCUS既是水泥行業(yè)實現(xiàn)碳中和目標的必然選擇，也是亟需發(fā)展的對象。近年來，在雙碳目標的推動下，國家加大了對CCUS的系統(tǒng)性支持，從政策、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、標準、金融等多個角度推動CCUS發(fā)展。水泥行業(yè)也積極推進CCUS項目建設(shè)并取得了一系列重要進展和成果。但是，由于水泥窯煙氣成分復(fù)雜、粉塵量大且二氧化碳濃度低等技術(shù)特點，導(dǎo)致CCUS在水泥行業(yè)的項目應(yīng)用案例較少，并存在生產(chǎn)運營成本高、技術(shù)推廣難等問題。

二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）

    中國建筑材料聯(lián)合會通過調(diào)研國內(nèi)外水泥行業(yè)CCUS技術(shù)現(xiàn)狀，采用環(huán)比法對影響技術(shù)應(yīng)用的主要因素進行了權(quán)重評價，并作出了深度的報告。結(jié)果表明，技術(shù)成熟度、政策支持和項目利潤是目前水泥行業(yè)最關(guān)心的三個方面。報告預(yù)測，在2060年碳中和情景下，單位水泥碳排放仍有約270kgCO?/t需要依CCUS實現(xiàn)碳中和，水泥行業(yè)CCUS布局需要加快。

    二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）介紹

    二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）是指將二氧化碳從工業(yè)過程、能源利用或大氣中分離出來，直接加以利用或注入地層以實現(xiàn)二氧化碳（CO?）永久減排的過程。CCUS是在二氧化碳捕集與封存（Carbon Capture and Storage，CCS）的基礎(chǔ)上增加了“利用”（Utilization，U），CCUS按技術(shù)流程主要分為捕集、輸送、利用與封存環(huán)節(jié)。

CCUS技術(shù)環(huán)節(jié)

    二氧化碳捕集技術(shù)是指將二氧化碳從工業(yè)生產(chǎn)、能源利用或大氣中分離出來并捕集的過程，是CCUS技術(shù)系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時也是耗能和成本較大的部分。碳捕集方式主要包括燃燒前捕集、燃燒中捕集和燃燒后捕集。其中，燃燒后捕集的常用方法有化學(xué)吸收法、物理吸附法、吸附分離法(變溫吸附法和變壓吸附法)、膜分離法、鈣循環(huán)法和低溫蒸餾法等。

    二氧化碳運輸是指將捕集或純化后的二氧化碳通過公路、鐵路、船舶、管道等方式運輸?shù)娇衫没蚍獯鎴龅氐戎付ǖ攸c的過程，是CCUS技術(shù)系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)。鑒于不同運輸方式的優(yōu)缺點，CCUS項目的運輸需要從運輸容量、運輸距離、運輸成本、市場因素以及運輸沿線交通布局等方面綜合考慮。

    二氧化碳利用是指通過工程技術(shù)手段將捕集的二氧化碳，實現(xiàn)資源化利用的過程，利用方式主要包括：

    1、物理利用

    主要應(yīng)用于食品、制冷、發(fā)泡材料、焊接等行業(yè)。例如，在食品行業(yè)中，二氧化碳被用作碳酸飲料、啤酒的添加劑，以及在食品冷鏈運輸過程中作為制冷劑（干冰）；在發(fā)泡材料領(lǐng)域，二氧化碳被用作發(fā)泡劑以生產(chǎn)擠塑板保溫材料；在金屬加工領(lǐng)域，二氧化碳被用作惰性氣體用于焊接。但是，利用后的二氧化碳最終依然會排放到大氣中。

    2、化工利用

    化工利用是指以二氧化碳為原料，與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)出附加值較高的化工產(chǎn)品。目前二氧化碳作為化工原料被廣泛應(yīng)用于多種生產(chǎn)過程中。如通過加氫合成甲烷、醇類（如甲醇、乙醇等）、醚類（如二甲醚）、有機酸（如甲酸）及低碳烷烴等工業(yè)合成氣。此外，二氧化碳還用于生產(chǎn)純堿、小蘇打、白炭黑、硼砂及各種金屬碳酸鹽等大宗無機化工產(chǎn)品。然而，部分化工產(chǎn)品在之后的應(yīng)用過程中，仍可能因化學(xué)反應(yīng)再次釋放二氧化碳。

    3、礦化利用

    礦化利用是指利用富含鈣、鎂的大宗固體廢棄物（如煉鋼廢渣、水泥窯灰、粉煤灰、磷石膏等）將二氧化碳化學(xué)吸收轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的無機碳酸鹽的過程，在實現(xiàn)二氧化碳減排的同時得到具有一定價值的無機建筑材料產(chǎn)品，以提高二氧化碳和固體廢棄物資源化利用的經(jīng)濟性。

    4、生物利用

    生物利用主要是指生物固碳，利用生態(tài)系統(tǒng)中植物的光合作用吸收二氧化碳。目前研究主要集中在微藻固碳和農(nóng)作物二氧化碳氣肥使用上。目前微藻固碳技術(shù)主要通過微藻將二氧化碳固定后轉(zhuǎn)化為液體燃料、化學(xué)品、生物肥料、食品和飼料添加劑等，通過微藻的固碳實現(xiàn)人工碳循環(huán)。農(nóng)作物二氧化碳氣肥技術(shù)是將來自能源和工業(yè)生產(chǎn)過程中捕集的二氧化碳調(diào)節(jié)到一定濃度注入溫室，來提升作物光合作用速率，以提高作物產(chǎn)量。

    5、地質(zhì)利用

    主要是用二氧化碳來驅(qū)油/氣（石油/煤層氣、天然氣、頁巖氣等）。二氧化碳驅(qū)油/氣是一種把二氧化碳注入油層（或煤層）中以提高油氣采收率的技術(shù)，其主要目的是最大限度地提高油氣采收率，而不是儲存二氧化碳，雖然在實現(xiàn)驅(qū)油/氣后有一部分二氧化碳被永久儲存在以前含有碳氫化合物的孔隙空間中，但是二氧化碳封存量少、封存時間短，且可能會從鉆井中泄漏出來。因此，二氧化碳驅(qū)油/氣只能看作是部分消納二氧化碳的過程。

    二氧化碳封存，是通過一定技術(shù)手段將捕集的二氧化碳注入深部地質(zhì)儲層，使其與大氣長期或永久隔絕，從而實現(xiàn)碳減排的過程，封存方式主要包括地質(zhì)封存和海洋封存：

    1、地質(zhì)封存

    地質(zhì)封存是將捕捉到的二氧化碳壓縮（不小于CO?的臨界壓力74bar，通常為100bar或更高，以提供適當?shù)陌踩６炔⒖紤]管道中的壓降）儲存在至少800m深度的地質(zhì)構(gòu)造當中（目前主要有咸水層、油氣層、煤層和頁巖氣層匹種），實現(xiàn)與大氣長期或永久隔絕，目前主要采用油氣層封存方式。

    2、海洋封存

    海洋封存主要有兩種方式：“溶解型”海洋封存和“湖泊型”海洋封存?！叭芙庑汀焙Ｑ蠓獯媸菍⒍趸纪ㄟ^固定管道或移動船只注入海洋深層（水深1000m以下較為常見）并使其溶解到水體中；“湖泊型”海洋封存是將二氧化碳通過固定管道或者安裝在海床深度3000m以下的沿海平臺注入海底，使其沉降。初始狀態(tài)下，二氧化碳以液體形式沉積在海床上，由于其密度高于水，因此會形成一個“湖”，從而延緩二氧化碳向周圍環(huán)境的分解和擴散。

    二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）定位

    聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）歷次評估報告中對CCUS技術(shù)定位演變大致可以分為三個階段，從最初的“可行方案”到“關(guān)鍵技術(shù)”，再到如今的“不可或缺”，逐步明確了CCUS技術(shù)在各領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳中和目標進程中的關(guān)鍵性和重要性。

IPCC歷次報告中對CCUS技術(shù)的定位演變

    隨著CCS技術(shù)的發(fā)展以及認識的不斷深化，我國于2006年在北京香山會議首次提出二氧化碳捕獲、利用與封存技術(shù)，引入了二氧化碳資源化利用技術(shù)。在雙碳目標的驅(qū)動下，隨著新的應(yīng)用場景不斷涌現(xiàn)和深度減排需求的增加，CCUS技術(shù)的內(nèi)涵和外延得到了豐富與拓展，我國對CCUS技術(shù)的定位也在不斷被重新審視和調(diào)整，已經(jīng)從碳減排儲備技術(shù)變成了碳中和關(guān)鍵碳減排技術(shù)。

    二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）政策

    1、國際政策

CCUS政策支持體系

    為推動CCUS技術(shù)研發(fā)和項目建設(shè)，美國、歐盟、加拿大在產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)研發(fā)、標準規(guī)范以及資金稅收等方面建立了“四位一體”的CCUS支持政策體系，有效促進了CCUS技術(shù)的研發(fā)創(chuàng)新和建設(shè)應(yīng)用。其中，稅收抵免、直接資金支持以及碳稅等資金支持政策在CCUS項目的前期建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。

    （1）美國

    美國在CCUS領(lǐng)域處于全球領(lǐng)先地位，這主要得益于美國在財政和稅收方面對CCUS技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的大力支持。自2008年起，美國通過《國內(nèi)稅收法》第45Q條款為二氧化碳封存提供稅收抵免(45Q稅收抵免)。2018年，美國政府加大了對CCUS項目的支持力度，實施了更高的45Q稅收抵免，對實施二氧化碳驅(qū)油的項目提供每噸35美元的稅收抵免，對咸水層封存的項目提供每噸50美元的稅收抵免。2022年8月，美國頒布了《通貨膨脹削減法案》（IRA），進一步增強了45Q條款的稅收抵免政策:將工業(yè)用途CCS的稅收抵免從每噸35美元提高到每噸60美元，將用于地質(zhì)存儲CCS的稅收抵免從每噸50美元提高到每噸85美元；并為直接空氣捕捉（DAC）項目提供高額補貼，將直接從大氣中捕獲并封存的CCS的稅收抵免從每噸50美元提高到每噸180美元，45Q稅收抵免政策加速了CCUS項目的部署。

    （2）歐盟

    歐盟在CCUS制度化和規(guī)范化方面走在全球前列。2009年歐盟制定了“二氧化碳捕捉和儲存指令”（2009/31/EC），是世界第一部關(guān)于CCS的法律，對二氧化碳的運輸、封存場地選址、勘探和封存許可證發(fā)放、二氧化碳監(jiān)測以及信息公開等方面的要求作出了明確規(guī)定。歐盟的碳排放交易體系(（EU-ETS）是全球首個區(qū)域性、強制性的碳排放交易體系。在第三階段（2013-2020）期間，歐盟將捕獲、管道輸送和二氧化碳的地質(zhì)儲存項目納入了該體系，并將其作為聯(lián)合履行機制(JI)項目的減排量（ERU）來處理。歐盟還通過多項研發(fā)資助計劃來支持CCUS的研發(fā)和部署：一方面，通過“創(chuàng)新基金”為CCUS項目提供資金支持。2022年11月，歐盟委員會將“創(chuàng)新基金”規(guī)模提升至30億歐元。另一方面，通過科研資助計劃“地平線歐洲”推進CCUS技術(shù)的發(fā)展，該計劃在2021年和2022年分別為CCUS技術(shù)研發(fā)提供了3200萬歐元和5800萬歐元的資金支持。

    （3）加拿大

    為了鼓勵私人投資CCUS項目，加拿大通過碳排放定價、投資稅收抵免以及要求降低燃料排放強度的清潔燃料法規(guī)（CFR）等措施大力推動CCUS的發(fā)展。2020年11月，加拿大政府宣布了一項為期10年、總額約1.5億美元的低碳和零排放燃料基金，用于支持CCUS等清潔能源技術(shù)的發(fā)展。此外，加拿大政府還宣布，到2030年二氧化碳捕集項目設(shè)備成本最高可獲得50%的稅收抵免。2021年，加拿大最高法院通過了《2018年溫室氣體污染定價法》，將碳稅從2021年的每噸40加元提高到2030年的每噸170加元，高昂的碳稅和嚴苛的環(huán)保政策驅(qū)動企業(yè)（尤其是油氣企業(yè)）積極發(fā)展CCUS項目。在碳市場方面，加拿大阿爾伯塔碳市場也是國際上納入CCUS項目最多的碳市場，CCUS項目可通過阿爾伯塔排放抵消體系（AEOS）進行認證，簽發(fā)核證減排量，在阿爾伯塔碳市場進行碳排放抵消。

    2、國內(nèi)政策

    在我國“雙碳”目標提出后，各部委和地方圍繞碳達峰碳中和目標，陸續(xù)出臺了一系列政策，構(gòu)建了“1+N”政策體系，從科技研發(fā)、示范應(yīng)用、財政補貼、綠色金融、標準規(guī)范等多方面對CCUS技術(shù)進行系統(tǒng)性支持。雖然全國范圍內(nèi)尚未有稅收減免政策，但一些省市率先推出了補貼措施。例如，深圳市對CCUS示范項目可提供最高達1000萬元的資助，投產(chǎn)后每噸二氧化碳補貼20元。中國人民銀行創(chuàng)設(shè)了“碳減排支持工具”，商業(yè)銀行可以從人民銀行獲批資金，為符合條件的CCUS示范項目提供綠色金融支持，如中石化齊魯石化-勝利油田百萬噸CCUS項目獲得了中國建設(shè)銀行的綠色貸款服務(wù)。

    目前，我國相關(guān)政策大多集中在CCUS相關(guān)技術(shù)的研發(fā)、試點應(yīng)用以及加快標準研制方面，在支持CCUS項目基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面相對薄弱。這主要是因為我國CCUS產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段，與發(fā)達國家相比，技術(shù)發(fā)展時間較短，整體技術(shù)水平相對較低。

    二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）項目概況

    1、全球CCUS項目概況

    在全球?qū)用?，截?024年3月，全球共有564個處于不同階段的CCS/CCUS項目，其中，已投運項目43個，年捕集能力5039萬噸；開工建設(shè)中的項目33個，年捕集能力3452萬噸；在開發(fā)項目488個，年捕集規(guī)模3.4億噸；合計年捕集能力4.2億噸，較2022年增加75%。從項目碳源看，在運行項目碳源以油氣生產(chǎn)等能源行業(yè)為主，約占60%；在建與規(guī)劃的項目碳源以工業(yè)、發(fā)電為主，約占70%。從項目碳匯看，在運行項目的碳匯主要以采用二氧化碳提高采收率的油氣藏頭主，約占70%；在建與規(guī)劃項目的碳匯以二氧化碳地質(zhì)封存為主，接近80%。從地區(qū)分布來看，最多的是美洲，其次是歐洲。

    在國家層面，美國目前是全球開展CCUS項目最多的國家。CCUS項目涉及水泥制造、燃煤發(fā)電、燃氣發(fā)電、垃圾發(fā)電及化學(xué)工業(yè)等多個行業(yè)，總計有154個項目，處于不同發(fā)展階段，其中在運營的項目數(shù)量占全球一半。這主要得益于美國對CCUS技術(shù)的政策支持，并獲得了商界、學(xué)術(shù)界和政府的廣泛支持，形成了一定規(guī)模的CCUS產(chǎn)業(yè)鏈。歐盟各成員國大力推動CCS項目產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，積極建設(shè)工業(yè)集群和運輸設(shè)施，推進CCs產(chǎn)業(yè)規(guī)模化、商業(yè)化發(fā)展。同時，歐盟在CCUS相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)方面具有顯著的領(lǐng)先優(yōu)勢。目前，德國、法國等是全球CCUS專利的主要來源國。CCUS專利申請主要集中在二氧化碳捕集領(lǐng)域，其次是二氧化碳轉(zhuǎn)化利用和二氧化碳地質(zhì)利用與封存，而二氧化碳輸送領(lǐng)域的專利申請則相對較少。

    我國的CCUS項目涵蓋電力、油氣、化工、水泥和鋼鐵等多個行業(yè)，其中電力行業(yè)示范項目數(shù)量最多，超過20個。自2022年以來，水泥、鋼鐵等難減排行業(yè)中的CCUS示范項目數(shù)量逐步增多。截至2024年8月，我國已投運CCUS項目67個，包括61個投運中項目和6個間歇運行項目。二氧化碳捕集能力約700萬噸/年，驅(qū)油封存能力約420萬噸/年，碳利用產(chǎn)能約190萬噸/年。碳利用或封存方式主要包括提高石油采收率（EOR）、礦化利用、化學(xué)品制備等”。EOR是最主要、也是技術(shù)最成熟的碳利用方式。

    2、我國水泥行業(yè)CCUS項目概況

    我國是最早在水泥行業(yè)開展CCUS項目示范的國家。在雙碳目標的推動下，我國水泥行業(yè)的產(chǎn)、學(xué)、研各方正圍繞一系列CCUs技術(shù)加快研發(fā)攻關(guān)，重點聚焦在碳捕集和碳利用領(lǐng)域，并已取得了積極成效。

我國水泥行業(yè)CCUS項目建設(shè)情況

    （1）海螺集團白馬山水泥廠水泥窯尾煙氣碳捕集項目

    該項目于2018年投產(chǎn)，是全球水泥行業(yè)首個煙氣二氧化碳捕集純化示范項目，采用化學(xué)吸收法，設(shè)計年產(chǎn)5萬噸液態(tài)二氧化碳，其中食品級3萬噸，工業(yè)級2萬噸。項目總投資5775萬元，在建設(shè)過程中獲得了400萬元的重大科技專項補貼資金。2021年，海螺集團研究開發(fā)了新一代水泥窯低耗高效二氧化碳捕集化學(xué)吸收劑，進一步降低了捕集能耗，降低至2.1GJ/t.CO?。

    （2）青州中聯(lián)水泥二氧化碳全氧燃燒富集提純示范項目

    該項目于2024年投產(chǎn)，年產(chǎn)二氧化碳20萬噸，是目前我國水泥行業(yè)規(guī)模最大的碳捕集利用項目，其中15萬噸工業(yè)級、4.5萬噸食品級和0.5萬噸干冰。項目總投資約2.6億元，采用“全氧燃燒+變壓吸附濃縮+變溫變壓吸附凈化+低溫精餾提純”技術(shù)，可大幅提高煙氣中二氧化碳的濃度，捕集綜合能耗降至1.6GJ/t.CO?以下，顯著降低運行成本。

    （3）金隅北水環(huán)保科技二氧化碳捕集示范項目

    該項目是國內(nèi)首個水泥窯協(xié)同處置復(fù)雜煙氣環(huán)境下碳捕集及資源化利用研究示范項目，年產(chǎn)二氧化碳10萬噸，項目總投資約1.8億元，其中約10%資金來自政府和科技項目補貼。

    二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）標準

    國際標準

    ISO/TC 265國際標準化組織二氧化碳捕集、運輸與地質(zhì)封存技術(shù)委員會（Carbon dioxide capture， transportation，and geological storage）負責(zé)制定CCS領(lǐng)域的國際標準，涵蓋設(shè)計、施工、運營、環(huán)境規(guī)劃與管理、風(fēng)險管理、量化、監(jiān)測和驗證等相關(guān)活動。目前，該委員會已發(fā)布13項國際標準，另有8項在研國際標準。這些標準主要包括技術(shù)指導(dǎo)標準、量化驗證標準、安全標準、運行設(shè)計標準、監(jiān)測和事故處理標準、管理和責(zé)任標準等。

CCUS相關(guān)已發(fā)布國際標準

CCUS相關(guān)在研國際標準

    總之，我國的水泥行業(yè)CCUS技術(shù)已初步進行到了商業(yè)化應(yīng)用階段，未來會在降低成本、產(chǎn)業(yè)鏈穩(wěn)定性、跨行業(yè)領(lǐng)域中作重點關(guān)注。預(yù)計到2060年，CCUS技術(shù)在水泥行業(yè)碳中和中的貢獻將超過50%。為推動CCUS技術(shù)的發(fā)展，建議進行頂層規(guī)劃和健全項目管理體系，加強標準頂層設(shè)計，促進與碳市場銜接，提供融資能力和資金支持，并加強國際合作。

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